La physique a pour objet la compréhension puis la description, à l’aide de modèles, de notre Univers.
Les différents domaines de la physique étudient cet Univers à diverses échelles pour tenter d’en donner une description cohérente, unifiée.
Ainsi la cosmologie, qui étudie l’Univers visible à l’échelle astronomique, propose un modèle nommé Modèle Standard de la cosmologie dans lequel l’Univers est en expansion et dans lequel on appelle Big-Bang le début de cette expansion, l’émergence de notre espace-temps.
Dans ce modèle, la matière ordinaire ne représente que 5% de notre Univers.
26% de la matière présente dans l’Univers nous est inconnue, on l’appelle donc la matière sombre et 69% de notre Univers est constitué d’une énergie qui nous est inconnue et que l’on nomme l’énergie noire.
L’infiniment petit est l’objet d’étude de la physique des particules.
Le modèle qui décrit les constituants de la matière porte le nom de Modèle Standard.
Ce modèle s’est bâti en étudiant la matière avec des sondes d’énergie de plus en plus élevées pour tester des distances de plus en plus petites, en utilisant la radioactivité, les rayons cosmiques, les collisionneurs.
On a ainsi découvert la structure de la matière en atome, électron et noyau atomique, proton et neutron, quarks.
Pour effectuer des mesures de ces particules, on crée dans des collisionneurs de nouvelles particules que des détecteurs sont chargés d’identifier et d’enregistrer par informatique.
Le plus récent de ces collisionneur est le LHC (Large Hadron Collider) situé au CERN à Genève.
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La cosmologie comme la physique des particules relève de la recherche fondamentale en physique.
Celle-ci est indispensable pour mieux comprendre notre Univers mais pourrait sembler inutile en regard des enjeux contemporains.
Cependant, c’est cette recherche qui a permis de développer les techniques d’imagerie médicales comme l’IRM ou le PET scan car les défis auxquels sont confrontés les ingénieurs pour construire des détecteurs de particules comme ATLAS et CMS au CERN sont identiques à ceux que doivent relever les ingénieurs pour améliorer les images du corps humain.
De même cette recherche permet de développer la protonthérapie technique de traitement des cancers beaucoup plus sensible que la classique radiothérapie.
Beaucoup d’autres exemples pourraient ainsi mettre en évidence la nécessité de la recherche fondamentale et la nécessité de la collaboration entre des chercheurs théoriciens et ingénieurs permettant de développer les outils nécessaires à la mise à l’épreuve expérimentale des théories.
Le CERN (Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire) est un exemple de la puissance de ces collaborations dans le domaine de la physique des particules : créé en 1950 pour que tous les physiciens européens (puis du monde entier) puissent travailler ensemble loin de toute considération politique, économique (Toute découverte est mise au service de tous, aucun brevet n’est déposé, on se rappellera que c’est au CERN qu’a été inventé le web qui a changé notre monde).
Il a permis entre autres d’élaborer le modèle standard avec finalement en juin 2012 la découverte du boson de Higgs qui permet de donner une explication à l’origine de la masse des particules.
La physique reste donc un domaine où la curiosité, la nécessité d’un regard nouveau, la patience, l’opiniâtreté, la confrontation des idées, sont des qualités indispensables qui permettent d’aller de l’avant.
Article rédigé par Edith Bernage, professeure des Sciences Physiques et Chimie au lycée Louis-Bascan.
